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洗涤剂的原理与发展

来源:未知作者:宋洲 点击:所属专题: 洗涤剂
一、洗涤剂为什去污从表面活性剂开始 人类社会中我们把人分成好人坏人两种极端情况,尽管绝大多数人是介于好坏之间。还有一种人在好人面前像好人,坏人面前做坏人,我们叫他们两面派。在自然界,也有类似的情况。对于喜欢和水混在一起的分子,我们叫它亲水分子,比如普

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一、洗涤剂为什去污——从表面活性剂开始

人类社会中我们把人分成“好人”“坏人”两种极端情况,尽管绝大多数人是介于好坏之间。还有一种人在好人面前像好人,坏人面前做坏人,我们叫他们“两面派”。在自然界,也有类似的情况。对于喜欢和水混在一起的分子,我们叫它“亲水分子”,比如普通玻璃表面上的那些分子;相反,对于与水分子不共戴天,喜欢和油混在一起的那些,称为“疏水分子”,比如,荷叶表面上的那一层物质。如果说静电的世界里,通行准则是“同性相斥,异性相吸”,那么在界面的世界里就是“物以类聚,人以群分”,或者“党同伐异”。

就像好人坏人是相对的一样,亲水疏水也是相对的。或者说,亲水疏水也有着程度的差别。当强行把亲水分子和疏水分子摁在一起,强扭的瓜不甜,乱点的鸳鸯要散,它们死活就是要分开。其原因在于,二者呆在一起需要的能量过大,双方都想回到故乡和同胞聚在一起,结果就是拼命减小界面。

自然界中存在着一类物质,我们叫作“表面活性剂”,就是典型的两面派。它们有一个亲水的脑袋,一条疏水的尾巴。遇到亲水物质,就把头凑上去,说“你看,我们是亲戚”;遇到疏水物质,就把尾巴摆过去,说“看,我们长得挺象”。但是呢,自然界的物质明察秋毫,群众的眼睛贼亮贼亮。当这样的两面派在水中的时候,水分子们说“我们倒是可以接受你的脑袋,但是你那尾巴实在讨厌”;在油或者其它疏水物质里呢,群众们就说“把脑袋藏起来就以为我们不认识你了么?”于是,极度郁闷的表面活性剂们到处不招人待见,只好跑到界面上,把亲水的头向着水的这边,把疏水的尾巴伸到疏水的那边。这样,最外层的水分子接触的是两面派的亲水头,疏水那面的最外层接触的是两面派的疏水尾巴。虽然不是同胞,但是总算不用和不共戴天的仇人呆在一起了,那些分子也就不再拼命往里挤,所以界面张力大大降低。而作为两面派的表面活性剂,也不再受到双方的排挤,总算有个安身立命之所。大概也算得上皆大欢喜。

如果两面派太多,界面上挤不下,其它的就只好在水中苦苦挣扎。当它们在水中的浓度很低的时候,一个个就象孤魂野鬼,四处游荡。偶尔见到一两个同胞,想团结以来共同生存,也很快被水分子们无意的冲撞破坏。如果他们的浓度比较高,很容易找到它们的同胞,就组织起来,疏水的尾巴冲里,亲水的脑袋冲外,形成一个圆球。这样,一个两面派团体出现在群众面前的时候,完全是一幅亲水的形象,不那么招水们厌烦,也就获得了生存的空间。如果有脏东西,比如餐具上的油污,或者衣服上的污渍,它们都是一些疏水的东西(所以用水洗不掉),两面派分子们就如获至宝,哭着喊着把疏水的尾巴插进去,比买打折商品还积极。无数两面派分子都把尾巴插进污渍,最后的结果也是形成一个亲水脑袋向外的球体,而污渍就被包在了里面,随着水的流走离开了餐具或者衣服。这就是表面活性剂去污的原理。

二、洗涤剂的发展——有磷与无磷

人类最初是用皂角之类的东西洗衣服,肥皂的发明算得上是一大进步。作为一种表面活性剂,肥皂大大提高了去污能力。但是,水中的钙镁等离子会与表面活性剂结合,不但让被结合的表面活性剂失去了作用,而且结合物本身会成为新的沉积物。洗衣粉的成分除了表面活性剂,还加入了一些别的辅助成分,以增加洗涤效果。其中最重要的是磷酸盐,磷酸阴离子与钙镁离子的结合能力大大高于表面活性剂,它们的“舍生取义”保护了表面活性剂。因为磷酸盐比表面活性要便宜,所以在洗衣粉中加入磷酸盐降低了洗涤成本,受到了洗衣粉厂家的欢迎。一般的含磷洗衣粉中,磷的含量在10%上下。

磷酸盐本身对于人类并无危害,之所以成为环境杀手其实是正因为它是植物生长的营养成分。在湖泊等水域中,总是存在着藻类。藻类的生长需要碳、氮、磷这些主要营养成分。一般情况下,碳和氮都不会缺乏,于是磷就成了藻类生长的限制因素。生活污水中含有的磷沉积到湖中,对于藻类来说简直是雪中送炭。一公斤的磷,能长出700公斤的藻类。很多洗涤剂中还包括一些漂白剂,通常成分含有氯元素,进入环境中也成为一种污染源。一般的表面活性剂,在高温下的活性高,所以通常的洗涤剂在热水中的效力比较高,这也是洗衣服洗碗用热水容易洗干净的原因。

不难看出,洗涤剂导致环境危害的原因,都是保持洗涤效果的代价。所以,要降低洗涤剂对于环境的危害,就要在保持洗涤效率的前提下避免上述有害成分。无磷洗衣粉的出现是一种进步,它们通常使用不含磷的无机成分来代替磷酸盐与钙镁离子结合。对于减少磷的环境危害,自然是成功的。但是这些替代成分进入自然界又带来其它的污染,所以说,简单的替代磷酸盐只是减轻了“民愤”大的污染,并不见得就完全消除了洗涤剂的污染。仅仅是“无磷”就宣称“绿色环保”,也是不负责任的。

三、加酶洗衣粉——更“绿色”的技术

酶的引入是洗涤剂的巨大进步。首先,酶是蛋白质,进入自然界后会自然降解,不会留下危害。其次,酶的活性温度比较温和,不用太热的水。一般而言,40°C是一个很合适的问题。而通常的洗衣粉,人们要使用六七十度的水。象北京那样一个千万人口的城市,如果洗衣粉的水温降低二十度,那么一年节约的能源大致相当于燃烧十万吨的煤炭。虽然对于一个这么大的城市,少燃烧十万吨煤并不是一个很大的量,不过如果考虑到洗衣服只是生活中的一件小事,那么这个量也就比较可观了。当然,我们还得考虑生产相应的酶所需要的能源。在生物技术高度发展的今天,生产那些酶所需要的能源只相当于几百吨的煤炭。

酶的加入能够提高洗涤能力的原因,在于多数的污渍是有机成分。比如汗渍、奶渍、油渍乃至菜汁粥汤渍等等,主要成分也是蛋白质、脂肪、淀粉成分。而相应的酶的加入,可以有效地分解这些成分。最早加入的是蛋白酶,后来淀粉酶、脂肪酶以及纤维素酶也相继被加入,从而使得加酶洗衣粉的效率大大增加。酶的作用也使得漂白剂磷酸盐等对环境有害成分的使用逐渐减少。

洗涤剂的发展方向,是使用更好的酶,进一步降低活性温度,以及减少对环境有害的成分的使用。目前,一些西方国家已经禁止了磷酸盐的使用,也有公司在开发冷水中保持活性的酶。

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